一种油页岩废渣作骨料的混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及一种油页岩废渣作骨料的混凝土及其制备方法。

背景技术

开展资源综合利用是深入实施可持续发展战略的重大举措。大宗固体废弃物量大面广、环境影响突出、利用前景广阔，是资源综合利用的核心领域。推进大宗固废综合利用对提高资源利用效率、改善环境质量、促进经济社会发展全面绿色转型具有重要意义。普通混凝土的大量广泛应用以及大宗固废综合利用量大、利用种类多和在大宗固废综合利用中低碳与绿色发展显著成为大宗固废综合利用的重点领域。

普通混凝土，是指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。

在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥砂浆，水泥砂浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥起润滑作用，赋予拌合物一定和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将骨料胶结成一个坚实的整体。

油页岩提炼油后产生的主要废弃物就是油页岩废渣，废渣中主要成分是SiO

混凝土是木材、钢、水泥、铝等常规建筑材料中生产能耗最低的建材，将油页岩渣制成混凝土是消耗油页岩渣的有效处置方式，将油页岩渣磨细后，以胶凝材料的形式制备的混凝土28d抗压强度普遍小于5MPa，难以在工程实际应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种油页岩废渣作骨料的混凝土及其制备方法，本发明油页岩废渣作骨料的混凝土7天抗压强度可以达到36.2Mpa，具有良好的实际应用前景。

为实现上述目的，本发明提供了一种油页岩废渣作骨料的混凝土，以油页岩废渣部分或全部取代混凝土中的细骨料和粗骨料；其中，所述油页岩废渣为除油油页岩废渣。

进一步地，所述除油油页岩废渣的制备方法为：

在油页岩废渣中加入除油剂，进行热洗，静置，得到除油油页岩废渣。

进一步地，所述油页岩废渣与所述除油剂的料液比为1kg∶5L。若料液比太小，除油效果不明显，若比例太大，会使除油成本大大增加，综合考虑才最终确定料液比为1kg∶5L。

进一步地，所述除油剂为槐糖脂或吐温80。

进一步地，所述槐糖脂或吐温80的浓度均为20-60mg/L。

进一步地，所述槐糖脂或吐温80的浓度均为20mg/L、40mg/L或60mg/L。

进一步地，所述吐温80的浓度为60mg/L。

进一步地，所述热洗时的温度为40℃。在热洗温度40℃条件下槐糖脂或吐温80能更好地吸咐并形成油膜，温度过低，油膜形成太慢，不利于实验的进行，温度过高可能使槐糖脂或吐温80丧失活性，不能满足实验结果。

进一步地，所述除油油页岩废渣作细骨料时，将所述除油油页岩废渣研磨成颗粒，所述颗粒的粒径为80目；

所述除油油页岩废渣作粗骨料时，将所述除油油页岩废渣破碎成块体，所述块体的粒径为5-10mm和10-20mm。

本发明采用生物表面活性剂槐糖脂和吐温80作为除油剂对油页岩废渣进行除油清洗处理。槐糖脂和吐温80具有两种特性，既具有亲脂性又具有亲水性。槐糖脂和吐温80也容易在溶液表面上浓缩以引起吸附作用，从而降低油相和固相之间的界面张力。当槐糖脂和吐温80在溶液中的浓度不断增加时，其在界面上吸附量也不断增多，进而使得表面张力降低，随着静置时间的延长并溶解到试剂溶液中，从而达到清除油页岩废渣表面页岩油的目的。除油后的油页岩废渣由于成分和粗细骨料相似，能在混凝土中更好的形成硅酸钙化合物(C-S-H)，而C-S-H就是混凝土中提高强度的主要物质。因此除油后的油页岩废渣可以更好的替代粗细骨料达到提升混凝土强度的目的。

一种上述油页岩废渣作骨料的混凝土的制备方法，包括以下步骤：以C30基准混凝土的配合比为基础，加入除油油页岩废渣粗骨料和除油油页岩废渣细骨料，静置，加入水泥搅拌均匀，再加入一半的水和一半的减水剂搅拌均匀，最后倒入剩下的水和剩下的减水剂搅拌均匀，得到所述油页岩废渣作骨料的混凝土。

进一步的，一种上述油页岩废渣作骨料的混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：以C30基准混凝土的配合比为基础，开动搅拌机，待其正常运转时加入除油油页岩废渣粗骨料和除油油页岩废渣细骨料，等待2-3分钟使其充分混合，然后加入水泥搅拌2-3分钟，再加入一半的水和一半的减水剂搅拌1-2分钟，最后倒入剩下的水和剩下的减水剂搅拌2-3分钟，得到所述油页岩废渣作骨料的混凝土。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

由于研磨成颗粒的油页岩废渣粒径与细骨料相似、破碎成块体的油页岩废渣粒径与粗骨料相似，且油页岩废渣中含有大量SiO

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例7-12及对比例3-4制备的混凝土的7天抗压强度；

图2为实施例13-17除油油页岩废渣以不同比例替代骨料制备的混凝土的7天抗压强度。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

在油页岩废渣中加入浓度为20mg/L的除油剂吐温80，油页岩废渣与除油剂的料液比为1kg∶5L，40℃热洗，静置30min，得到除油油页岩废渣，记为A3。

实施例2

同实施例1，不同之处仅在于吐温80的浓度为40mg/L，记为A4。

实施例3

同实施例1，不同之处仅在于吐温80的浓度为60mg/L，记为A5。

实施例4

同实施例1，不同之处仅在于除油剂为槐糖脂，浓度为20mg/L，记为A6。

实施例5

同实施例1，不同之处仅在于除油剂为槐糖脂，浓度为40mg/L，记为A7。

实施例6

同实施例1，不同之处仅在于除油剂为槐糖脂，浓度为60mg/L，记为A8。

对比例1

不对油页岩废渣进行任何处理，记为A1。

对比例2

同实施例1，不同之处仅在于将除油剂换成等量的水，记为A2。

实施例1-6及对比例1-2中油页岩废渣除油实验方案见表1。

表1油页岩废渣除油实验方案

实施例7-12

将实施例1-6除油油页岩废渣研磨成粒径为80目的颗粒，备用。

以C30基准混凝土的配合比为基础，开动搅拌机，待其正常运转时加入除油油页岩废渣颗粒，等待2-3分钟使其充分混合，然后加入水泥(P.O42.5普通硅酸盐水泥)搅拌2-3分钟，再加入一半的水和一半的聚羧酸系高效减水剂PCE-101搅拌1-2分钟，最后倒入剩下的水和聚羧酸系高效减水剂搅拌2-3分钟，得到混凝土，混凝土的具体配比见表2。

对比例3

按照实施例7-12的方法制备混凝土，不同之处仅在于加入的是对比例1的油页岩废渣，具体配比见表2。

对比例4

按照实施例7-12的方法制备混凝土，不同之处仅在于加入的是对比例2的油页岩废渣，具体配比见表2。

表2混凝土配比(kg/m

注：抗压测试选用的是150×150×150mm的标准立方体立方体，每组3块，取平均值；细骨料为粒径为80目的沙子，粗骨料为石子，油页岩废渣颗粒的粒径为80目。

将实施例7-12及对比例3-4制备的混凝土加入到标准立方体模具中，将所述标准立方体模具放到振捣台上，共需要进行两次振捣，第一次加入一半物料振捣一次，第二次将模具填满然后再进行振捣，振捣至表面出浆并且无气泡产生，然后对试块表面进行抹平标记并脱模，进行性能测试。

研究改性油页岩废渣混凝土单轴受压强度试验，作为对改性混凝土性能分析的初步筛选。试验方法参照《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T 50081-2002)。8组(实施例7-12及对比例3-4制备的混凝土)150mm×150mm×150mm的立方体试件，每组取3个试件进行抗压强度试验，采用200吨微机控制液压压力机进行立方体抗压试验，沿浇注的垂直方向施加压力，试件加荷速度0.5Mp/s，试件破坏时读取数值作出图1。

通过单轴抗压强度试验可以得出：

(1)A1与A2抗压结果对比分析，用水清洗油页岩废渣颗粒，不会影响混凝土试块强度；

(2)A3、A4与A5抗压结果对比分析，吐温80浓度增加，试块强度增大；

(3)槐糖脂作为除油材料会影响混凝土水化反应，让混凝土强度增加，但增加的不明显。

通过对比试块强度分析得出，60mg/L的吐温80作为除油材料，提升混凝土的力学性能效果最好。

实施例13-17

以实施例3中60mg/L的吐温80作为除油材料得到的除油油页岩废渣制备不同替代率的混凝土，具体配比见表3。

其中，粗细骨料的用量参考混凝土本身的配合比，用除油油页岩废渣同时替代粗细骨料的计算方法是：给定一个除油油页岩废渣替代粗细骨料的替代率，例如40％，那么所有的粗细骨料的用量都是基础用量的60％，也就是此时粗细骨料使用量＝原始粗细骨料的用量*(1-替代率％)，除油油页岩废渣的使用量＝粗细骨料的总用量*替代率。

上述混凝土的制备方法如下：

以C30基准混凝土的配合比为基础，开动搅拌机，待其正常运转时加入粗骨料和细骨料，等待2-3分钟使其充分混合，然后加入水泥(P.O42.5普通硅酸盐水泥)搅拌2-3分钟，再加入硅粉以及一半的水和一半的聚羧酸系高效减水剂PCE-101搅拌1-2分钟，最后加入剩下的水和减水剂搅拌2-3分钟，得到油页岩废渣作骨料的混凝土。由于除油油页岩废渣替代粗细骨料后会大幅度降低混凝土的性能，为避免混凝土性能大幅度降低，本发明在混凝土的制备过程中加入硅粉，硅粉可以减少混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实性，增加混凝土中的硅酸盐含量，从而有助于提高混凝土的强度和硬度。

表3油页岩废渣替代骨料含量的配比(kg/m

注：抗压测试选用的是150×150×150mm的标准立方体立方体，每组6块，取平均值；细骨料为粒径为80目的沙子，粗骨料为石子，用于替代细骨料时，将除油油页岩废渣研磨成80目颗粒，用于替代粗骨料时，将除油油页岩废渣破碎成5-10mm和10-20mm的块体。

实施例13-17除油油页岩废渣以不同比例替代骨料制备的混凝土的7天抗压强度见图2，通过图2分析可知，虽然替代比例在从40％到100％的过程中，混凝土试块的抗压强度在减小，但是还在规范的合理范围中，且相较于直接用未除油的油页岩废渣制备的混凝土的强度均有所提高，因此用除油油页岩废渣100％替代全部骨料是可行的，在满足强度的同时，更能大大的利用油页岩达到固废利用的目的。

对比例5

同实施例17，不同之处仅在于油页岩废渣与除油剂60mg/L的吐温80的料液比为1kg∶3L。这种料液比需要的除油剂过多，提升混凝土的制作成本，不适合，因此未进行后续测试。

对比例6

同实施例17，不同之处仅在于油页岩废渣与除油剂60mg/L的吐温80的料液比为1kg∶10L。这种料液比需要的除油剂会少，但是除油效果并不好，因此未进行后续测试，综上所述选择1kg∶5L。

对比例7

同实施例17，不同之处仅在于制备除油油页岩废渣时热洗温度为60℃。这种温度过高，除油剂会部分失活，除油效果并不好，因此未进行后续测试。

对比例8

同实施例17，不同之处仅在于制备除油油页岩废渣时热洗温度为20℃。这种温度过低，除油剂发挥的除油效果不好，没有激发活性，因此未进行后续测试。综上所述，确定热洗温度为40℃。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。